Механика процесса обработки древесных композитных плит резанием Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

3. Патент РФ № 2313450 С1. Способ снижения шероховатости и разнотолщинности древесностружечных плит устройство для его осуществления / Сиб. гос. технол. ун-т ; А. Г. Ермолович, К. А. Ермо-лович, В. В. Ромашенко. Заявл. 29.06.2006, № 2006123154/12 ; Опубл. в Б. И., 2007. № 36. МПК В 27М 1/02.

4. Патент РФ № 2376131. Способ фрезерования древесных материалов / Сиб. гос. технол. ун-т ; А. Г. Ермолович, В. В. Ромашенко, П. В. Цаплин, П. С. Шастовский; заявл. 07.04.2008, № 2008113536/02 (014698), опубл. в Б. И. 2009. № 15. МПК В 27G 1/02 (2006.01).

5. Синайлов В. А. Тепловые процессы при шлифовании и управлении качеством поверхности. М. : Машиностроение, 1978. 167 с.

References

1. Kutukov L. G., Zotov G. A. SHlifoval'nye stanki dlya obrabotki drevesiny. M. : Lesnaya. promyshlennost', 1983. 80 s.

2. Miheev M. A., Miheev I. M. Osnovy teploperedachi. M. : Energiya, 1977. 344 s.

3. Patent RF № 2313450 S1. Sposob snizheniya sherohovatosti i raznotolshchinnosti drevesnostru-zhechnyh plit ustrojstvo dlya ego osushchestvleniya : Sibirskij gosudarstvennyj tekhnologicheskij universitet /

A. G. Ermolovich, K. A. Ermolovich, V. V. Romashenko. Zayavl. 29.06.2006, № 2006123154/12; Opubl. v B. I., 2007, № 36. MPK V 27M 1/02.

4. Patent RF № 2376131. Sposob frezerovaniya drevesnyh materialov : Sibirskij gosudarstvennyj tekhnologicheskij universitet / A. G. Ermolovich, V. V. Romashenko, P. V. Caplin, P. S. Shastovskij, zayavl. 07.04.2008, № 2008113536/02 (014698), opubl. v

B. I., 2009 № 15 MPK V 27G 1/02 (2006.01).

5. Sinajlov V. A. Teplovye processy pri shlifovanii i upravlenii kachestvom poverhnosti. M. : Mashinostroenie, 1978, 167 s.

© Цаплин П. В., Ереско С. П., 2015

УДК 621

МЕХАНИКА ПРОЦЕССА ОБРАБОТКИ ДРЕВЕСНЫХ КОМПОЗИТНЫХ

ПЛИТ РЕЗАНИЕМ

П. С. Шастовский, С. П. Ереско

Сибирский государственный технологический университет Российская Федерация, 660049, г. Красноярск, просп. Мира, 82 E-mail: [email protected]

Рассматривается механика процесса обработки поверхности древесных композитных плит цилиндрическими фрезами с целью достижения наиболее выгодных экономических результатов.

Ключевые слова: механика резания, древесно-стружечные плиты, цилиндрические фрезы, шероховатость поверхности, процесс стружкообразования, скорость резания, угловая скорость.

MECHANICS OF WOOD PROCESSING CUTTING BOARDS COMPOSITE

P. S. Shastovsky, S. P. Eresko

Siberian State Technological University

82, Mira Av., Krasnoyarsk, 660049, Russian Federation. E-mail: [email protected]

The article deals with the mechanics ofprocessing a surface of wood composite panels by cylindrical mills, in order to achieve the most favorable economic results.

Keywords: mechanical cutting chipboard, cylindrical milling, surface roughness, the process of chip formation, the cutting speed, the angular velocity.

В процессе изготовления древесно-стружечных плит плоские древесные частицы ориентируются параллельно плоскости получаемой плиты. Такова особенность строения, и благодаря своей структуре ДСтП является поперечно-изотропным материалом. Это означает, что все направления на плоскости листа равноценны в отношении свойств материала, а анизотропия материала определяется только различием

между его свойствами в плоскости листа и в направлении, перпендикулярном плоскости листа.

В процессе резания из-за хаотического расположения частиц в плоскости плиты и их относительно небольшой по сравнению с размерами обработки величины режущая кромка одновременно перерезает несколько древесных частиц в различных направлениях, а также слои связующего. Совокупность этих

Решетнеескцие чтения. 2015

процессов и определяет показатели резания древесностружечных плит. Нельзя идентифицировать происходящие при резании ДСтП процессы известными закономерностями резания древесины по трем главным направлениям относительно волокон, хотя их элементы при перерезании древесных частиц присутствуют.

Процесс разрушения материала плиты под действием режущей кромки можно представить следующим образом. По мере увеличения напряжений в зоне резания элементы структуры плиты испытывают упругие деформации до момента потери устойчивости, проявлением которого могут быть отрыв древесной частицы от связующего, смятие клеток древесной частицы или разрушение перегородок между структурными пустотами связующего. Представление о размере элементов древесины, участвующих в процессе резания, по сравнению с радиусом лезвия острого резца (р = 2-3 мкм) дает следующий пример. Отдельные трахеиды сосны имеют следующие средние размеры: длина 3-4 мм, ширина (в тангенциальной плоскости) 0,0025-0,035 мм, двойная толщина стенок соседних клеток от 0,002 до 0,020 мм. Таким образом, двойная толщина стенок клеток сосны может быть примерно в 5 раз больше, чем радиус режущей кромки.

Существенная деформация составляющих плиты возможна за счет уменьшения объема пустот на межфазных границах. Разрушение может происходить на некотором расстоянии от режущей кромки резца в зоне напряженного состояния материала.

Величина сил резания ДСтП зависит как от прочности всего композита в целом, так и от каждой составляющей плиты. Вследствие анизотропии свойств плиты силы резания зависят от вида резания (прямолинейное, фрезерование, пиление и т. д.) и направления резания относительно плоскости плиты.

Для древесно-стружечных материалов существует классификация, по которой в зависимости от положения плоскости резания относительно плоскости плиты и от направления движения режущей кромки в плоскости резания различают следующие главные виды прямолинейного резания: плоское, продольное и поперечное. Имеются переходные виды резания, являющиеся промежуточными между главными видами резания.

Соотношение сил резания в трех главных направлениях будет зависеть от направления волокон в перерезаемых древесных частицах, занимающих около 80 % объема плиты, так как силы резания связующего, имеющего изотропное строение, во всех направлениях одинаковы.

Каждая из частиц является материалом анизотропным. При резании древесины различают три главных вида резания относительно волокон: продольное, поперечное и торцовое. Плоское, или резание по плоскости слоев, - когда вектор скорости резания Уг и плоскость резания совпадают с плоскостью слоя (рис. 1).

Каждый из этих случаев характеризуется различными силовыми показателями и различным характером стружкообразования. Принято называть частицу, древесина которой режется вдоль волокон, продоль-

ной частицей, поперек волокон - поперечной, в торец - торцовой. Слоистое строение плит приводит к тому, что при плоском резании режущая кромка перерезает поперечные, продольные, а также поперечно-продольные частицы; при продольном резании - продольные, торцовые и торцово-продольные частицы; при поперечном резании - поперечные, торцовые и торцово-поперечные частицы. Однако из-за хаотического расположения частиц в плоскости плиты и их относительно небольшого размера режущая кромка одновременно перерезает несколько частиц в различных направлениях и несколько слоев связующего.

Рис. 1. Плоское резание ДСтП

Известно, что силы резания древесины поперек волокон, вдоль волокон и в торец находятся в соотношении 1:2:6.

Следовательно, при плоском резании ПКДМ будем иметь коэффициент, учитывающий относительную величину силы резания, 1,5 = (1+2) : 2; при поперечном - 3,5 = (1+6) : 2; при продольном - 4 = (2+6) : 2. Принимая величину силы резания при плоском резании равной 1, получим следующие соотношения -плоское резание : поперечное резание : продольное резание - 1 : 2,33 : 2,67.

Прочность взаимосвязи частиц определяется силами адгезии между ними и связующим. Если сил резания недостаточно, чтобы вырвать из плиты частицу, то показатели резания в микрообъеме одной такой частицы соответствуют силовым и качественным показателям процесса резания древесины в том же направлении. Этим объясняется, например, что при плоском резании получается наиболее прочная лентообразная стружка (рис. 2). Когда частицы не имеют прочной связи, то при резании они могут быть вырваны из плиты или отогнуты. Так как усилия резания наибольшие при резании в торец, а наименьшие при поперечном резании, то такие явления наиболее часто будут наблюдаться при перерезании торцовых частиц, реже - продольных и еще реже - поперечных.

Вопрос влияния на процесс резания находящегося в плите связующего следует рассматривать в двух аспектах: влияние через прочность плиты и через затупление инструмента.

Процесс стружкообразования и качество обработанной поверхности

При плоском резании в наибольшей степени сказывается «слоистость» плит и проявляются свойства древесных частиц. Если толщина срезаемого слоя меньше толщины древесных частиц (0,2...0,4 мм),

то режущая кромка перережет древесную частицу вдоль или поперек волокон. Когда сила перерезания превышает силу сцепления древесной частицы со связующим, происходит вырывание древесной частицы со своего места и образуется впадина. В случае достаточно прочного закрепления происходит перерезание древесной частицы в соответствии с ориентацией ее волокон. При этом процесс стружкообразования включает в себя образование и развитие опережающих трещин.

В зависимости от условий резания при плоском фрезеровании древесно-стружечных плит встречаются различные формы стружкообразования, распределяемые по частоте образования в следующем убывающем порядке:

- отслоение без излома, дающее сливную стружку;

- отслоение с изломом, дающее многоугольную стружку;

- излом поперечный без отслоений, дающий многоугольную стружку;

- излом продольный с отслоением, дающий прерывистую стружку.

Процесс напоминает стружкообразование при резании древесины вдоль волокон. Так же, как и при резании древесины, можно предсказать, в какой плоскости произойдет разрушение материала при образовании стружки. Это плоскость, перпендикулярно которой связи между частицами материала самые слабые. В древесине такой плоскостью является плоскость волокон, а в ДСтП - плоскость расположения частиц, параллельная пластям.

При плоском резании древесно-стружечных плит следует учитывать, на какой глубине от поверхности плиты производится рез.

При любом составе имеет проявление общая закономерность стружечных плит, при которой дисперсность древесных частиц и содержание связующего уменьшается от поверхностных слоев к внутренним. Поэтому поверхностные слои ДСтП более плотные и прочные, чем средние.

Рис. 2. Схема взаимодействия режущей головки с материалом плиты: 1 - водило; 2 - винтовая фреза; 3 - плита; << - переносная угловая скорость; << - относительная угловая скорость; Кподачи - скорость подачи материала на обработку; R2 - радиус режущей кромки (т. С) относительно вертикальной оси; R1 - радиус режущей кромки (т. С) относительно горизонтальной оси

б

Рис. 3. Фрезерование цилиндрическое: а - при встречном большей толщины; б - при попутном меньшей толщины

а

Решетнееские чтения. 2015

Шероховатость обработанной поверхности Яш = 300 мкм и определяется наличием ворсистости, вырывов, сколов и структурных пустот.

Определяющими являются вырывы, сколы и пустоты, выходящие на пласти плиты. Величина сколов зависит от прочностных свойств плиты, режимов резания и затупления резца.

Определяющая роль принадлежит связующему, потому что отрыв частиц при разрушении происходит чаще всего по межфазным границам. Указанное качество поверхности с легкостью достигается режимами резания.

При плоском фрезеровании ДСтП винтовой фрезой с двумя степенями подвижности (рис. 2) различают два вида цилиндрического фрезерования, по направлению подачи заготовки относительно направления вращения - встречное (рис. 3, а) и попутное (рис. 3, б) фрезерование.

На рис. 3, а и б слева от резца показана нефрезеро-ванная поверхность детали, слева и несколько ниже -фрезерованная поверхность (плоскость). Разница уровней фрезерованной и нефрезерованной поверхностей составляет толщину удаляемого припуска, или глубину фрезерования, t (обычно t = 0,3...0,7 мм). Дугообразная стружка (на рис. 2-3 закрашена цветом) будет иметь различную толщину.

Библиографические ссылки

1. Кутуков Л. Г., Зотов Г. А. Шлифовальные станки для обработки древесины. М. : Лесная. промышленность, 1983. 80 с.

2. Михеев М. А., Михеев И. М. Основы теплопередачи. М. : Энергия, 1977. 344 с.

3. Патент РФ № 2313450 С1. Способ снижения шероховатости и разнотолщинности древесностружечных плит устройство для его осуществления / Сиб. гос. технол. ун-т / А. Г. Ермолович, К. А. Ермо-

лович, В. В. Ромашенко. Заявл. 29.06.2006, № 2006123154/12; Опубл. в Б. И. , 2007, № 36. МПК В 27М 1/02.

4. Патент РФ № 2376131. Способ фрезерования древесных материалов / Сиб. гос. технол. ун-т / А. Г. Ермолович, В. В. Ромашенко, П. В. Цаплин,. П. С. Шастовский, заявл. 07.04.2008, № 2008113536/02 (014698), опубл. в Б. И. , 2009 № 15 МПК В 27G 1/02 (2006. 01).

5. Синайлов В. А. Тепловые процессы при шлифовании и управлении качеством поверхности. М. : Машиностроение, 1978, 167 с.

References

1. Kutukov L. G. , Zotov G. A. SHlifoval'nye stanki dlya obrabotki drevesiny. M. : Lesnaya. promyshlennost', 1983. 80 s.

2. Miheev M. A., Miheev I. M. Osnovy teploperedachi. M. : Energiya, 1977. 344 s.

3. Patent RF № 2313450 S1. Sposob snizheniya sherohovatosti i raznotolshchinnosti drevesno-struzhechnyh plit ustrojstvo dlya ego osushchestvleniya. Sibirskij gosudarstvennyj tekhnologicheskij universitet / A. G. Ermolovich, K. A. Ermolovich, V. V. Romashenko. Zayavl. 29. 06. 2006, № 2006123154/12; Opubl. v B. I., 2007, № 36. MPK V 27M 1/02.

4. Patent RF № 2376131. Sposob frezerovaniya drevesnyh materialov. Sibirskij gosudarstvennyj tekhnologicheskij universitet / A. G. Ermolovich, V. V. Romashenko, P. V. Caplin,. P. S. SHastovskij, zayavl. 07.04.2008, № 2008113536/02 (014698), opubl. v B. I. , 2009 № 15 MPK V 27G 1/02 (2006. 01).

5. Sinajlov V. A. Teplovye processy pri shlifovanii i upravlenii kachestvom poverhnosti. M. : Mashinostroenie, 1978, 167 s.

© Шастовский П. С., Ереско С. П., 2015

УДК 621.923.6

АСПЕКТЫ ФОРМИРОВАНИЯ ЗАСАЛЕННОГО СЛОЯ ШЛИФОВАЛЬНЫХ КРУГОВ

А. С. Янюшкин*, П. В. Архипов, О. И. Медведева

Братский государственный университет Российская Федерация, 665709 г. Братск, ул. Макаренко, 40. E-mail: *[email protected]

Рассмотрены основные преимущества алмазного абразивного инструмента при обработке широкого спектра материалов для различных отраслей промышленности. Отражены основные причины снижения работоспособности алмазных кругов на металлической связке. Проанализированы вероятные факторы формирования засаленного слоя и установлены ключевые направления развития технологии абразивной обработки.

Ключевые слова: шлифование, алмазный круг, засаливание, металлическая связка.